高速移动通信环境下无线通信面临的问题

1、 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院高速铁路和高速公路的开通和应用,使未来移动通信系统面临高速移动环境。在高速移动环境下，无线通信系统会产生大的多普勒频移，信道会发生快速变化，这些变化会严重地降低移动通信系统的性能。 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院针对高速移动环境下的移动通信系统，TDD-LTE在物理层中，从帧、时隙和OFDM符号长度的选择、上下行链路的切换参数，子帧中导频/前导插入频率等方面进行考虑。 西安电子科技大学西安

2、电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院3GPP TSG-RAN WG4 (Radio) Meeting #41 R4-061161Riga, Estonia, 6th November 10th November, 2006 ParameterDeployment scenarioOpen Area ATunnel: leaky cable BTunnel: multi-antennas CFrequency band2 GHz2 GHz2 GHzUE speed350 km

3、/hr300 km/hr300 km/hrInter site distance (ISD)1000 mN/A300 mBS-rail track distance50 m2 m2 mChannel modelAWGNSingle tap Rice fading 1AWGNMax Doppler shift at BS1340 Hz1150 Hz1150 HzUL power controlOFFOFFOFFParameters for high speed train deployment scenarios for BS requirementsEricsson 西安电子科技大学西安电子科

4、技大学 通信工程学院通信工程学院05101505101500.511.52时 间 序 号子 载 波 序 号幅度0510150510150.20.40.60.811.2符 号 序 号子 载 波 序 号幅度0510150510152000.511.5符 号 序 号子 载 波 序 号幅度0510150510152000.511.5符 号 序 号子 载 波 序 号幅度K=0K=9K=18 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院理想实际实际 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院例如高速列车时速高达例如高

5、速列车时速高达350km，接近接近100m/s，载波频率考虑载波频率考虑2.3GHz，其最高多普勒频率为，其最高多普勒频率为746Hz,根据根据LTE-TDD传输标准中的子载波间隔为传输标准中的子载波间隔为15KHz，用用子载波间隔归一化后为子载波间隔归一化后为0.049。考虑上下行链路之间的关系和系。考虑上下行链路之间的关系和系统特点，系统可能面临的统特点，系统可能面临的归一化最高多普勒频率为归一化最高多普勒频率为0.1左右左右。补偿 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院4%5% 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 西安电子科技大学西安电子科技大

6、学 通信工程学院通信工程学院（1），（2）（3）（1）0.020.030.040.050.060.070.080.090.13032343638404244464850归一化的频偏值SINR(dB) k=9 k=18350km/h350km/h500km/h500km/h05001000150001020304050607080fd(Hz)SINR(dB)一 个 符 号 内 多 普 勒 频 移 和 载 干 波 变 化 曲 线 k=9k=18 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院051015202510-210-1100SNR（ dB）FER 一 帧 中 符 号 内 信 道

7、 不 变 16QAM K=9一 帧 中 符 号 内 信 道 变 化 16QAM K=9一 帧 中 符 号 内 信 道 不 变 16QAM K=18一 帧 中 符 号 内 信 道 变 化 16QAM K=18（1） 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院0510150510152000.511.5符 号 序 号子 载 波 序 号幅度0510150510152000.511.5符 号 序 号子 载 波 序 号幅度05101520253010-410-310-210-1100Es/No （ dB）FER符 号 间 信 道 变 化 对 误 帧 率 性 能 的 影 响 子 帧 内 信

8、 道 不 变 （ k=9）子 帧 内 信 道 不 变 （ k=18）符 号 间 信 道 变 化 （ k=9）符 号 间 信 道 变 化 （ k=18） 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 、 多普勒频移引入时变频偏估计的方案有；第一种是；在移动速度达到350km/h时，在一个时隙或子帧内，列车移动距离大约在0.050.1m，时变的频偏可以近似为不变，通常以时隙或子帧为单位进行时变频偏估计；第二种是。 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工

9、程学院 多普勒频移引入时变频偏估计中，我们研究了。频偏在上行和下行链路中都使接收信号产生时变的相移。可以使用的算法有。 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院0510152025303510-610-510-410-310-2SNR (dB)MSE CP k=9CP k=18DD k=9DD k=18pilot k=9pilot k=18051015202510-410-310-210-1100SNR (dB)FER 理 想 k=9理 想 k=18CP k=9CP k=18DD k=9DD k=18pilot k=9pilot k=18 西安电子科技大学西安电子科技大学 通

10、信工程学院通信工程学院 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院0510152025303510-510-410-310-2SNR（ dB）MSE CP K=9RS K=9DD K=9DD K=18RS K=18CP K=180510152025303510-610-510-410-310-210-1100SNR （ dB）BER CP K=9RS K=9DD K=9Ideal K=9CP K=18RS K=18DD K=18Ideal K=18 西安电子科

11、技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院( )cos ( )df tft 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 111nnn 车速为车速为350km/h时时的估计出多普勒的估计出多普勒频移和实际的频频移和实际的频移的比较图移的比较图（时间间隔（时间间隔1ms） 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院10002000300040005000600070008000900010000-0.06-0.04-0.0200.020.040.06Times(ms)Normalted Doppler

12、 Shift 利 用 AR模 型 后 的 频 偏 值实 际 频 偏 值10002000300040005000600070008000900010000-0.06-0.04-0.0200.020.040.06Times(ms)Normalted Doppler Shift 利 用 AR模 型 后 的 频 偏 值实 际 频 偏 值K=9K=18 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 多普勒频移引入时变频偏的补偿方案可以采用两种多普勒频移引入时变频偏的补偿方案可以采用两种, ,第一种是直接第一种是直接补偿，即上下行链路分别补偿补偿，即上下行链路分别补偿, ,第二种是预补偿方案

13、第二种是预补偿方案, ,即上行链路估计与即上行链路估计与补偿补偿, ,利用利用TDD LTETDD LTE链路的对称性链路的对称性, ,对下行链路进行预补偿对下行链路进行预补偿, ,可以简化用户可以简化用户终端的复杂度。终端的复杂度。 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院02004006008001000115200.511.5一 个 符 号 内 的 采 样 点 序 列幅度 莱 斯 因 子 =18莱 斯 因 子 =90.020.030.040.050.0

14、60.070.080.090.13032343638404244464850归一化的频偏值SINR(dB) k=9 k=18350km/h350km/h500km/h500km/h 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院020004000600080001000012000140001600000.511.5一 个 子 帧 内 的 采 样 点 序 列幅度 莱 斯 因 子 =18莱 斯 因 子 =905101505101500.511.5符 号 序 号子 载 波 序 号幅度 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程

15、学院通信工程学院 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院，决定均衡后系统的性能。为此在研究中针对下行链路的特点，开展了提高导频上信道估计精度方法和提高内插精度的方法研究。 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院05101520253010-410-310-210-1100101SNR(dB)MSE 新 方 法LS专 利 门 限 方 法基 于 变 换 域 方 法05101520253010-310-210-1100SNR(dB)BER LS方 法专 利 门 限 方 法基 于 变 换 域 方 法新

16、方 法理 想 pilot理 想 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院05101520253010-610-510-410-310-210-1100SNRBER LSProposed new +2个 符 号 一 起 拟 合Proposed new +4个 符 号 一 起 拟 合Proposed newProposed new + 符 号 间 内 插 判 决IdealIdeal pilot05101520253010-410-310-210-1100SNRFER LSProposed new+ 2个 符 号 一 起 拟 合Proposed new+ 4个 符 号 一 起 拟

17、合Proposed newProposed new +符 号 间 内 插 判 决IdealIdeal pilot 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院024681012140.70.80.911.11.21.31.41.5符 号 序 号信道系数幅度值 内 插 +外 扩多 项 式 拟 合 +外 扩多 项 式 拟 合 +判 决理 想02468101214-0.4-0.200.20.40.60.81符 号 序 号信道系数相位值 内 插 +外 扩多 项 式 拟 合 +外 扩多 项 式 拟 合 +判 决理 想 西安电子科技

18、大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院0510152025303510-310-210-1100101SNR（dB）MSE LS-内插多项式拟合多项式拟合 +1次判决多项式拟合 +2次判决多项式拟合 +3次判决多项式拟合 +4次判决0510152025303510-810-710-610-510-410-310-210-1100SNR（dB）BER 多项式拟合理想内插多项式拟合+1次判决多项式拟合+2次判决多项式拟合+3次判决多项式拟合+4次判决 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 西安电子科技大学西安

19、电子科技大学 通信工程学院通信工程学院 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院(2)循环延迟分集循环延迟分集 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院(2)循环延迟分集循环延迟分集 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院(2)循环延迟分集循环延迟分集 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信工程学院去CPS/PFFT+P/SBPSK调制S/PFFT+ 12xjfne2xQjfne10,xXf11,xX Nf0,QxXf1,QxXNf1*10,xwHf1*11,xwHNf*0,QQxwHf*1,QQxw HNf(0)Z(1)Z N判决判决 西安电子科技大学西安电子科技大学 通信工程学院通信